十一、克隆技術(shù)

　　克�。–lone）的意思是無性繁殖。自然界中，細(xì)菌就是通過簡單的細(xì)胞分裂而無性繁殖的。一些植物以葉、莖、根的形式繁育植株，都是自然的“克隆”現(xiàn)象。用人工方法扦插和嫁接某些植物是人為的“克隆”。比較復(fù)雜的高等的動物，一般通過兩性的共同行為來生殖。現(xiàn)代克隆技術(shù)，可以不需要兩性的生殖細(xì)胞（精子或卵子），利用動物的體細(xì)胞來“復(fù)制”與原來動物在遺傳特性上完全一樣的動物。

　　人們原先認(rèn)為，只有植物細(xì)胞才有“全能性”，單細(xì)胞可以分化、發(fā)育出完整個體。20世紀(jì)后半期科學(xué)家證明，分化了的動物細(xì)胞在移植到卵細(xì)胞中后可恢復(fù)“全能性”，并發(fā)展了克隆技術(shù)。但起初采用多是生殖細(xì)胞的移植或胚胎切割技術(shù)，是用人工方法“簡單復(fù)制”動物。1997年2月，英國羅斯林研究所的維爾穆特宣布，他們成功用一個6歲母綿羊的乳腺細(xì)胞克隆出了一個叫“多莉”的母羊。這是采用體細(xì)胞復(fù)制高級動物的成功，所以立刻在全世界引起轟動。

　　用體細(xì)胞克隆成功的綿羊是哺乳類動物，這從理論上肯定了用類似技術(shù)“克隆”其他高級動物和人的可能性。此后，美、日和歐洲其他國家的科學(xué)家還用同樣方法克隆出牛、山羊、猴子和豬。目前，科學(xué)家已培育出能發(fā)育成人體各種器官的“干細(xì)胞”，并成功進(jìn)行了器官克隆，比如讓兔身長出人耳。這種生命科技未來可能會產(chǎn)業(yè)化，產(chǎn)生“器官工廠”。也可利用克隆技術(shù)和轉(zhuǎn)基因技術(shù)，讓牛羊乳汁含治病的血清白蛋白，建立“克隆制藥廠”。

　　從技術(shù)上克隆人己不算難題。但用技術(shù)繁衍人類，干預(yù)造化，與兩性生育的方式不同。這使人類面對倫理困惑和法律挑戰(zhàn)。

　　十二、干細(xì)胞技術(shù)

　　干細(xì)胞是具有自我更新、高度增殖和多向分化潛能的細(xì)胞群體。這些細(xì)胞可通過分裂維持自身細(xì)胞群的大小，同時又可以進(jìn)一步分化為各種不同的組織細(xì)胞，從而構(gòu)成機(jī)體各種復(fù)雜的組織器官。干細(xì)胞的種類有皮膚干細(xì)胞，造血干細(xì)胞，神經(jīng)干細(xì)胞，胚胎干細(xì)胞等。一般來說，動物的皮膚細(xì)胞壽命短，這些細(xì)胞每天都在更新，更新的表皮細(xì)胞是由皮膚下面叫做基底細(xì)胞的皮膚干細(xì)胞產(chǎn)生的。血液中的紅細(xì)胞和白細(xì)胞都是由骨髓內(nèi)的造血干細(xì)胞產(chǎn)生的。研究表明，成年動物的體內(nèi)存在多向分化潛能的干細(xì)胞。過去一直認(rèn)為，人的神經(jīng)細(xì)胞在人出生后便不再增殖，但最新的研究發(fā)現(xiàn)，成人的大腦中也存在著干細(xì)胞。

　　人類發(fā)育初期的胚胎于細(xì)胞能夠進(jìn)行分化，形成構(gòu)成人體的200多種細(xì)胞中的任何一種細(xì)胞。1998年，美國的幾位研究人員確立了人體胚胎干細(xì)胞的培養(yǎng)方法。實驗顯示，該胚胎千細(xì)胞可以培養(yǎng)成骨骼、血液及消化器官細(xì)胞。盡管采集人體胚胎細(xì)胞會出現(xiàn)比“克隆人”更多的倫理道德上的問題，但多數(shù)人仍認(rèn)為，人體胚胎干細(xì)胞在組織移植領(lǐng)域具有很高的利用價值。

　　十三、新材料技術(shù)

　　新材料技術(shù)是高技術(shù)的基礎(chǔ)，包括對超導(dǎo)材料、高溫材料、人工合成材料、陶瓷材料、非晶態(tài)材料、單晶材料、纖維材料、超微粒材料、高性能結(jié)構(gòu)材料、特種功能材料等的開發(fā)利用。

　　所謂材料，是指人類能用來制作有用物件的物質(zhì)。所謂新材料，主要是指最近發(fā)展或正在發(fā)展之中的具有比傳統(tǒng)材料更為優(yōu)異的性能的一類材料。目前世界上傳統(tǒng)材料已有幾十萬種，而新材料的品種正以每年人約5％的速度在增長。世界上現(xiàn)有800多萬種人工合成的化合物，而且還在每年以25萬種的速度遞增，其中相當(dāng)一部分有發(fā)展成為新材料的潛力。

　　(1）金屬材料。傳統(tǒng)的鋼鐵材料正在不斷提高質(zhì)量、降低成本、擴(kuò)大品種規(guī)格，在冶煉、澆鑄、加工和熱處理等工藝上不斷革新，出現(xiàn)了如爐外精煉、連鑄連軋、控制軋制等新工藝技術(shù)，微合金鋼、低合金高強(qiáng)度鋼、雙相鋼等新鋼種不斷涌現(xiàn)。在有色金屬及合金方面則出現(xiàn)了高純高韌鋁合金、高強(qiáng)高模鋁鉀合金、高溫鋁合金，先進(jìn)的高強(qiáng)、高韌和高溫鈦合金，先進(jìn)的鎳基、鐵鎳鉻基高溫合金，銅合金、難熔金屬合金及稀貴金屬合金等。除此之外還涌現(xiàn)了其他許多新型高性能金屬材料，如快速冷凝金屬非晶和微晶材料、納米金屬材料、有序金屬間化合物、定向凝固柱晶和單晶合金等。新型金屬功能材料，如磁性材料中的銣鐵硼稀土永磁合金及非晶態(tài)軟磁合金、形狀記憶合金、新型鐵氧體及超細(xì)金屬隱身材料、貯氫材料及活性生物醫(yī)用材料等也正在向著高功能化和多功能化方向發(fā)展。

　　(2）陶瓷。陶瓷材料是人類最早利用自然界所提供的原料制造而成的材料，舊石器時代的先民們只會采集天然石料加工成器皿和工件。經(jīng)歷了漫長的發(fā)展和演變過程，以赫土、石英、長石等礦物原料配制而成的瓷器才登上了歷史的舞臺。從陶器發(fā)展到瓷器，是陶瓷發(fā)展史上的第一次重大飛躍。由干低熔點的長石和鉆土等成分配合，在焙燒過程中形成了流動性很好的液相，冷卻后成為玻璃態(tài)，形成釉，使瓷器更加堅硬、致密和不透水。從傳統(tǒng)陶瓷到先進(jìn)陶瓷，是陶瓷發(fā)展史上的第二次重大飛躍，這一過程始于上世紀(jì)四五十年代，目前仍在不斷發(fā)展。當(dāng)然，傳統(tǒng)陶瓷和先進(jìn)陶瓷之間并無絕對的界線，但二者在原材料、制備工藝、產(chǎn)品顯微結(jié)構(gòu)等許多方面確有相當(dāng)?shù)牟顒e。從先進(jìn)陶瓷發(fā)展到納米陶瓷將是陶瓷發(fā)展史上的第三次重大飛躍，陶瓷科學(xué)家還需在諸如納米粉體的制備、成型、燒結(jié)等許多方面進(jìn)行艱苦的工作，預(yù)期在20世紀(jì)末和本世紀(jì)初，陶瓷科學(xué)在這一方面將取得突破，可能會解決陶瓷材料致命的弱點―脆性問題。

　　(3）高分子材料。高分子是由碳、氫、氧、氮、硅、硫等元素組成的分子量足夠高的有機(jī)化合物。之所以稱為高分子，就是因為它的分子量高。常用高分子材料的分子量在幾百到幾百萬之間，高分子量對化合物性質(zhì)的影響就是使它具有了一定的強(qiáng)度，從而可以作為材料使用。這也是高分子化合物不同于一般化合物之處。又因為高分子化合物一般具有長鏈結(jié)構(gòu)，每個分子都好像一條長長的線，許多分子糾集在一起，就成了一個扯不開的線團(tuán)，這就是高分子化合物具有較高強(qiáng)度，可以作為結(jié)構(gòu)材料使用的根本原因。另一方面，人們還可以通過各種手段，用物理的或化學(xué)的方法，或者使高分子與其他物質(zhì)相互作用后產(chǎn)生物理變化或化學(xué)變化，從而使高分子化合物成為能完成特殊功能的功能高分子材料。

　　功能高分子材料主要包括物理功能高分子材料及化學(xué)功能高分子材料。前者如導(dǎo)電高分子、高分子半導(dǎo)體、光導(dǎo)電高分子、壓電及熱電高分子、磁性高分子、光功能高分子、液晶高分子和信息高分子材料等；后者如反應(yīng)性高分子、離子交換樹脂、高分子分離膜、鰲合高分子、高分子催化劑、高分子試劑及人工臟器等。此外還有生物功能和醫(yī)用高分子材料，如生物高分子、模擬酶、高分子藥物及人工骨材料等。

　　高分子材料包括塑料、橡膠、纖維、薄膜、膠粘劑和涂料等，其中被稱為現(xiàn)代高分子三大合成材料的塑料、合成纖維和合成橡膠已經(jīng)成為國家建設(shè)和人民日常生活中必不可少的重要材料。

　　(4）先進(jìn)復(fù)合材料。復(fù)合材料是由有機(jī)高分子、無機(jī)非金屬或金屬等幾類不同材料通過復(fù)合工藝組合而成的新型材料，它既能保留原組成材料的主要特色，又能通過復(fù)合效應(yīng)獲得原組成材料所不具備的性能，還可以通過材料設(shè)計使各組成材料的性能互相補(bǔ)充并彼此關(guān)聯(lián)，從而獲得新的優(yōu)越性能。

　　復(fù)合材料可分為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能復(fù)合材料。功能復(fù)合材料一般由功能體和基體組成，基體不僅起到構(gòu)成整體的作用，而且能產(chǎn)生協(xié)同或加強(qiáng)功能的作用。目前形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模的主要是結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，功能復(fù)合材料正處于發(fā)展之中。功能復(fù)合材料的效能一般均優(yōu)于單質(zhì)復(fù)合材料，因此它的發(fā)展前景是不可估量的。

　　結(jié)構(gòu)復(fù)合材料是作為承力結(jié)構(gòu)使用的材料，由能承受載荷的增強(qiáng)體與能連結(jié)增強(qiáng)體成為整體材料同時又起傳遞力作用的基體構(gòu)成。增強(qiáng)體包括各種玻璃、陶瓷、碳素、高聚物、金屬以及天然纖維、織物、晶須和顆粒等，基體則有高聚物（樹脂）、金屬、陶瓷、玻璃、碳和水泥等。由不同的增強(qiáng)體和不同的基體即可構(gòu)成名目繁多的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，如高聚物（樹脂）基復(fù)合材料，金屬基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料等。結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的特點是可以根據(jù)材料在使用中受力的要求進(jìn)行選材設(shè)計及復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計。復(fù)合材料的界面對復(fù)合材料的性能有決定性的影響，因此對復(fù)合材料界面形貌和結(jié)構(gòu)的表征和優(yōu)化的研究具有重要意義。先進(jìn)復(fù)合材料尚處于發(fā)展階段，需要解決的關(guān)鍵問題是控制質(zhì)量和降低成本。

　　(5）電子與光電子材料。電子材料是指在電子技術(shù)和微電子技術(shù)中使用的材料，包括半導(dǎo)體材料、介電材料、壓電及鐵電材料、磁性材料、某些金屬材料、高分子材料及其他相關(guān)材料，其中最重要的是半導(dǎo)體材料。電子設(shè)備的發(fā)展總趨勢是小型化、輕量化、省能化，集成電路的發(fā)展帶來了電子計算機(jī)的微小型化，從而使人類社會掀開了信息時代新的一頁。目前制造集成電路的主要材料是硅單晶。砷化嫁、超晶格材料等的出現(xiàn)和發(fā)展將為半導(dǎo)體材料、器件的發(fā)展開辟更新的天地。光電子信息材料無疑是整個光電子技術(shù)的基礎(chǔ)和先導(dǎo)。光電子信息材料包括光源和信息獲取材料、信息傳輸材料、信息存儲材料以及信息處理和運(yùn)算材料等，其中主要是各類光電子半導(dǎo)體材料、各種光纖和薄膜材料、各種液晶顯示材料和電色材料、新型相變和光色存儲材料、光子選通材料、光致折變材料、新型非線性光學(xué)晶體材料等。

　　(6）超導(dǎo)材料。1911年荷蘭科學(xué)家用液氦冷卻水銀，當(dāng)溫度下降到一269℃左右時，發(fā)現(xiàn)水銀的電阻完全消失，這種現(xiàn)象就稱為超導(dǎo)電性。在“高溫”超導(dǎo)材料發(fā)現(xiàn)以前，所研究的超導(dǎo)材料都是“低溫”超導(dǎo)材料，主要是多種金屬合金，如妮錯合金［Nb一（25一33)Zr」、妮欽合金［Nb一（35一55)Ti〕、妮錫合金〔Nb3S司、釩嫁合金［V3Ga〕、妮鍺合金巨Nb3Ge］等�！暗蜏亍背瑢�(dǎo)材料主要應(yīng)用于強(qiáng)磁體，如核磁共振、磁懸浮列車和加速器等。1986年1月，瑞士蘇黎世IBM研究實驗室的科學(xué)家用鋇一斕一銅氧化物獲得了一243℃的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度，從而揭開了世界性的高溫超導(dǎo)研究熱潮。中國科學(xué)院首次在世界上公布了鋇一憶一銅一氧體系。可以說，從一開始，中國高溫超導(dǎo)材料的研究就位居世界前列。80年代末期以來，中國在高溫超導(dǎo)的研究和應(yīng)用方面一直處在世界先進(jìn)水平，如在提高體材料的載流能力和制備高質(zhì)量的超導(dǎo)薄膜方面，在量子干涉器件的制作以及將這種器件應(yīng)用到地磁測量方面，在高溫超導(dǎo)體粉料的制備以及發(fā)展金屬、有機(jī)化學(xué)氣相沉積制膜技術(shù)方面，在確定高溫超導(dǎo)材料的晶體結(jié)構(gòu)以及秘系、佗系材料的系統(tǒng)研究等方面都作出了許多高水平的工作。目前高溫超導(dǎo)材料的應(yīng)用正朝著大電流應(yīng)用（強(qiáng)電應(yīng)用）、電子學(xué)應(yīng)用（弱電應(yīng)用）和抗磁性應(yīng)用三個主要方向發(fā)展，在世界各國的共同努力下，超導(dǎo)材料造福人類的時代一定會到來。

　　

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